بازرسی فراصوتی با پرتو موج عمودی و زاویه ای

سنجش فراصوتی به روش پالس اکو به وسیله اندازه گیری دقیق زمان لازم برای یک پالس کوتاه فراصوتی ایجاد شده توسط مبدل جهت حرکت در ضخامت ماده بازگشت از سطح پشتی یا سطح یک ناپیوستگی و بازگشت دوباره به مبدل می‌تواند محل یک ناپیوستگی در یک قطعه یا ساختار را تعیین کند. در بیشتر موارد این فاصله‌ی زمانی در حد یکی دو میکرو ثانیه یا کمتر می‌باشد. زمان عبور دو طرفه اندازه گیری شده تقسیم بر دو می‌شود تا نشان دهنده‌ی مسیر حرکت رفت و برگشت باشد و در سرعت صورت در ماده مورد آزمون ضرب می‌شود. نتیجه در رابطه‌ی شناخته شده‌ی زیر نشان داده شده است.

تصویر 1
d= vt/2 v= 2d/t

در این رابطه d فاصله از سطح ناپیوستگی در قطعه مورد آزمون است، V سرعت امواج صوتی در ماده است و T مدت زمان اندازه گیری شده‌ی رفت و برگشت است.
معمولاً ضخامت سنج‌های دقیق فراصوتی در محدوده‌ی فرکانس‌های بین 500 کیلوهرتز تا 100 مگاهرتز به وسیله‌ی مبدل‌های پیزوالکتریکی که هنگامی که با پالس‌های الکتریکی تحریک شوند: رگباری از امواج صوتی را ایجاد می‌کنند، عمل می‌کنند.
مبدل‌های مختلف زیادی با خواص صوتی متنوعی برای برآورده کردن نیازهای کاربردهای صنعتی ساخته شده‌اند. به طور معمول فرکانس‌های پایین‌تر برای بهینه سازی نفوذ در مواد دارای ضخامت و دارایی میرایی یا پراکنده سازی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند این در حالی است که فرکانس‌های بالاتر برای بهینه سازی تفکیک پذیری در مواد نازک‌تر، غیرمیرا و غیرتفرق زا پیشنهاد می‌شوند.
در اندازه گیری ضخامت تکنیک‌های فراصوتی اجازه می‌دهند تا بتوانیم بدون نیاز به دسترسی به دو طرف قطعه اندازه گیری قابل اعتماد و سریعی داشته باشیم.
در برخی موارد می‌توانیم به دقتی به اندازه‌ی 1 ± میکرون یا 00001± اینچ برسیم. امکان سنجش اکثر مواد مهندسی از جمله فلزات، پلاستیک‌ها، سرامیک‌ها، کامپوزیت‌ها، اپوکس ها و شیشه‌ها علاوه بر سطح مایعات و ضخامت برخی نمونه های بیولوژیک به صورت فراصوتی وجود دارد. همچنین امکان اندازه گیری پلاستیک‌هایی که از قالب بیرون می‌آیند یا فلزات نورد شده در خط تولید یا در حین فرآیند به صورت اندازه گیری تک تک لایه‌ها یا پوشش‌ها در مواد چند لایه ای وجود دارد. وسایل اندازه گیری قابل حمل دستی مدرن دارای کاربری آسان می‌باشند و بسیار قابل اطمینان هستند.

از مبدل‌ها و گوه های پرتوی زاویه ای معمولاً برای وارد کردن امواج برش انکسار یافته به درون ماده مورد آزمون استفاده می‌شود. یک مسیر صوتی زاویه دار اجازه می‌دهد که پرتو موج صوتی از یک سمت وارد شود و در نتیجه کشف پذیری عیوب در مناطق جوش و اطراف آن را بهبود بخشد.

هندسه‌ی نمونه ای که در زیر نشان داده شده است اجازه می‌دهد تا پرتو موج صوتی از دیواره‌ی پشتی بازتایبده شود و کشف پذیری عیوب در مناطق جوش و اطراف آن را بهبود بخشد. تصویر شماره 2

هنگامی که هندسه‌ی قطعه نسبتاً غیر پیچیده باشد و جهت گیری یک عیب به خوبی شناخته شده باشد، طول یک ترک (a)، به وسیله‌ی تکنیکی که tip diffraction (پراش لبه) تعیین کردن طول ترکی است که از قسمت پشتی یک ورق تخت نشأت گرفته باشد.

تصویر شماره‌ی 3:

در این مورد، هنگامی که مبدل زاویه ای در قسمت بالای منطقه‌ی عیب به اسکن می‌پردازد، پژواک اصلی از پایه‌ی ترک می‌آید و مکان عیب را مشخص می‌کند.

تصویر شماره‌ی 4:

پژواک دوم که خیلی ضعیف است از نوک ترک دریافت می‌شود و از آنجا که مسافت طی شده توسط فراصوت کمتر است، سیگنال دوم در فاصله‌ی زمانی زودتر بر روی صفحه‌ی نمایشگر ظاهر می‌شود.

تصویر شماره‌ی 5:

ارتفاع ترک (a) تابعی سرعت فراصوتی (v) در ماده، زاویه برخورد (θ_2) و تفاوت بین زمان‌های دریافت بین دو سیگنال (d_t) می‌باشد.